Anten lưỡng cực điều chỉnh tần số có hệ số tăng ích cao ứng dụng cho các thiết bị vô tuyến cầm tay

ần mềm CST. Quá trình thiết kế anten được trình bày đầy đủ trong 
bài báo. 
Từ khóa: 
Anten dipole, anten lưỡng cực, anten tái cấu hình. 
Abstract: 
The paper presents a design of tuned frequency dipole antenna with high gain. By adding a 
reflective element, the antenna has a small size of 95.5 × 50.3 × 0.8 mm3, but it has high gain. The 
antenna gain achieves 5.35 dBi at frequency of 1.8 GHz. It can be automatically adjusted to operate 
at two operating bands of 1.8 GHz and 2.1 GHz thanks to two diodes integrated into the radiation 
element. The antenna is designed on RO 5880 substrate and simulated by CST software. The 
antenna design steps are detail presented in the paper. 
Keywords: 
Anten dipole, tuned frequency antenna, reconfigurable antenna. 
1. MỞ ĐẦU 
Trong một số ứng dụng cần quét để dò 
tìm sóng điện từ hoặc phát sóng công suất 
lớn cho khoảng cách xa trong một hướng 
hẹp ở một vài dải tần nhất định, anten cho 
các thiết bị thu phát sóng trong các ứng 
dụng như vậy cần phải có hệ số tăng ích 
cao, búp sóng hẹp và kích thước nhỏ gọn. 
Trong đó, anten mảng có hệ số tăng ích 
cao, tuy nhiên sử dụng anten mảng sẽ làm 
tăng kích thước, giá thành và độ phức tạp 
của thiết bị [1-3]. Anten đơn cho kích 
thước nhỏ gọn, đơn giản hơn nhưng vấn 
đề cải thiện hệ số tăng ích vẫn là một 
thách thức cho các nhà thiết kế anten. 
Ngoài ra, để hoạt động ở vài dải tần khác 
nhau, cần phải tích hợp nhiều anten đơn 
băng cùng một lúc hoặc sử dụng anten 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 23 11 
băng rộng, anten đa băng trong một thiết 
bị. Việc sử dụng nhiều anten đơn băng sẽ 
làm tăng giá thành và kích thước của thiết 
bị, còn nếu sử dụng anten đa băng hay 
băng rộng sẽ làm cấu trúc bộ lọc trở nên 
phức tạp [4]. Bên cạnh đó, băng thông 
anten càng rộng sẽ càng làm giảm hệ số 
tăng ích của anten. Vì thế, một anten đơn 
băng hẹp có thể điều chỉnh tự động băng 
tần hoạt động, có kích thước nhỏ gọn và 
hệ số tăng ích cao là một giải pháp tối ưu 
để có thể giải quyết đồng thời các yêu cầu 
trên. Anten có thể điều chỉnh băng tần tự 
động gọi là anten tái cấu hình theo tần số. 
Để một anten có thể đảm bảo nhiều tiêu 
chí cùng một lúc luôn là một thách thức 
cho các nhà thiết kế anten và vẫn đang 
cần tiếp tục được nghiên cứu. 
Có một số loại anten phù hợp cho yêu cầu 
băng hẹp, hệ số tăng ích cao, trong đó, 
anten lưỡng cực vi dải là một trong những 
giải pháp tối ưu do đặc điểm dễ chế tạo, 
dễ tiếp điện, dễ tích hợp vào các mạch 
trong hệ thống. Bên cạnh đó, đồ thị bức 
xạ của anten cũng dễ dàng điều chỉnh theo 
mong muốn của từng ứng dụng. 
Anten tái cấu hình có thể được phát triển 
dựa trên các anten có băng tần cố định 
truyền thống khác nhau, phụ thuộc vào 
từng yêu cầu cụ thể. Các thông số của 
anten tái cấu hình hầu hết đều kế thừa đặc 
điểm của anten băng tần cố định truyền 
thống, ngoại trừ việc có thể được điều 
chỉnh tự động băng tần. Việc điều chỉnh 
các băng tần làm việc được thực hiện 
bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong 
đó phổ biến là sử dụng các chuyển mạch 
điôt PIN để làm thay đổi cấu trúc vật lý 
của anten. Đối với anten dipole tái cấu 
hình theo tần số, có một số công trình 
được công bố trong những năm vừa qua 
[5-7]. Các anten tái cấu hình được trình 
bày trong [5-7] đều dựa vào cấu trúc 
anten lưỡng cực vi dải. Anten đề xuất 
trong [5] có kích thước phần tử bức xạ lớn 
hơn 32×54 mm2 (chưa bao gồm kích 
thước đế điện môi), có thể hoạt động ở 4 
dải tần số khác nhau với dải tần số nhỏ 
nhất xung quanh 0,9 GHz. Anten có đồ thị 
bức xạ định hướng với hệ số tăng ích lớn 
nhất là 1,5 dBi. Anten trong [6] có kích 
thước 40×70 mm2, hai cấu hình tần số với 
dải tần thấp hơn từ 1,55 GHz đến 2,1 
GHz. Hệ số tăng ích của anten tối đa là 
2,56 dBi. Anten lưỡng cực vi dải đề xuất 
trong [7] hoạt động ở hai dải tần số, với 
tần số cộng hưởng trung tâm xấp xỉ 4,7 
GHz và 5,0 GHz. Mặc dù tần số cao 
nhưng anten chỉ đạt hệ số tăng ích xấp xỉ 
3,5 dBi. 
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một 
cấu trúc anten lưỡng cực nhằm đạt được 
hệ số tăng ích cao, búp sóng hẹp. Tiếp 
theo, hai điôt PIN được tích hợp vào phần 
tử bức xạ của anten. Bằng cách chuyển 
mạch điôt, chiều dài của phần tử bức xạ 
được thay đổi để anten có thể hoạt động ở 
hai cấu hình tần số khác nhau. 
Anten đề xuất có kích thước 95,5 × 50,3 
× 0,8 mm
3
, có thể hoạt động ở hai băng 
tần cho sóng 3G xung quanh tần số 2100 
MHz và cho 4G xung quanh tần số 1800 
MHz với hệ số tăng ích đạt lần lượt là 
5,35 dBi và 4,39 dBi. Anten có thể được 
dùng cho các thiết bị cầm tay để phát 
sóng công suất lớn hoặc dò tín hiệu ở các 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
12 Số 23 
dải tần di động 3G hoặc 4G tại Việt Nam. 
Anten có hệ số tăng ích cao, búp sóng hẹp 
nên cũng phù hợp cho các thiết bị định vị 
để xác định vật thể. 
Phần 2 của bài báo sẽ trình bày cấu trúc 
và kết quả đạt được của một anten dipole 
truyền thống, phần 3 trình bày đề xuất cải 
tiến hệ số tăng ích, phần 4 về anten dipole 
điều chỉnh tần số, các kết quả đạt được và 
cuối cùng là kết luận của bài báo. 
2. ANTEN BĂNG TẦN CỐ ĐỊNH 
Với anten lưỡng cực mạch in thông 
thường, cần phải tiếp điện sao cho đảm 
bảo giữ được tính cân bằng về điện cho 
hai cánh bức xạ nhằm giữ nguyên đặc 
trưng của anten lưỡng cực. Để giải quyết 
vấn đề này, bộ tạo cân bằng tín hiệu 
vi dải ở đầu ra (gọi là balun) được đề 
xuất dựa trên nguyên lý balun dây của 
W. Roberts [8]. Balun có nhiệm vụ 
chuyển tiếp cấu trúc truyền sóng không 
đối xứng sang đối xứng, cấp nguồn cho 
hai cánh bức xạ của anten lưỡng cực 
mạch dải. Trên hình 1 mô tả sơ đồ tương 
đương của balun và tính toán trở kháng 
theo các công thức (1). 
trong đó, các thông số trong công thức 
được thể hiện như ở hình 1. 
Để đạt được phối hợp trở kháng hoàn hảo, 
các tham số của balun phải thỏa mãn yêu 
cầu sau: Lf2 = Lb = λ/4 hay θ = θf2 = θb = 
90°. 
Anten lưỡng cực mạch dải nửa bước sóng 
được thiết kế tại tần số trung tâm 1,8 GHz 
trên chất nền Roger RO5880 với các 
thông số: bề dày chất nền h = 0,8 mm, bề 
dày lớp đồng t = 0,035 mm, hằng số điện 
môi r = 2,2 và hệ số suy hao điện môi 
tan = 0,0004. Kích thước tổng của anten 
là 95,5 × 50,3 × 0,8 mm
3
. 
Hình 1. Cấu trúc của anten tích hợp balun hình 
chữ “J” và sơ đồ tương đương của balun 
Các tham số kích thước chi tiết của anten 
đề xuất sau khi tính toán được tối ưu 
bằng phần mềm CST và được chỉ ra trong 
bảng 1. 
Bảng 1. Kích thước của anten (mm) 
Tham số L W g Lb 
Giá trị 39,5 3,5 2,5 35 
Tham số Wb Wsg Lf1 Lf2 
Giá trị 3,5 12 37 20 
Hình 2 và 3 lần lượt là kết quả mô phỏng 
tham số suy hao phản hồi và đồ thị bức xạ 
3D của anten. Kết quả mô phỏng cho thấy 
anten cộng hưởng tốt ở tần số 1,8 GHz, 
đạt băng thông tính từ 10 dB là 276 
MHz (từ 1660 MHz đến 1936 MHz). Hệ 
số tăng ích cực đại của anten đạt 2,35 dBi 
với hiệu suất 98%. 
2 2 
b b L
in f f
b b L
j Z tg Z
Z j Z cotg
j Z tg Z




 


 
 (1) 
95.5 mm 
50
.3
 m
m
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 23 13 
Hình 2. Kết quả mô phỏng của hệ số |S11| 
của anten 
Hình 3. Kết quả mô phỏng đồ thị bức xạ 3D 
của anten tại tần số 1,8 GHz 
3. NÂNG CAO HỆ SỐ TĂNG ÍCH CỦA 
ANTEN LƯỠNG CỰC 
Hình 4. Cấu trúc của anten lưỡng cực 
khi thêm phần tử phản xạ 
Để nâng cao hệ số tăng ích của anten trình 
bày trong mục 2, một chấn tử phản xạ 
được đặt cách cánh bức xạ một khoảng 
cách bằng một phần tư bước sóng như 
hình 4. Do đó, giản đồ bức xạ từ đa hướng 
chuyển thành định hướng trực giao với 
cánh bức xạ. 
Bảng 2. Kích thước của anten 
có phần tử phản xạ (mm) 
Tham số L W g Lb Wb 
Giá trị 38 3,4 2,5 29,5 3,6 
Tham số Wsg Lf1 Lf2 Wg 
Giá trị 12,5 34,5 20 13 
Tham số của chấn tử phản xạ được xác 
định thông qua nguyên lý tương hỗ. Kích 
thước tổng anten vẫn giữ nguyên (95,5 × 
50,3×0,8 mm
3
). Sau khi tính toán và tối 
ưu, anten cải tiến có các tham số được chỉ 
ra ở bảng 2. 
Hình 5. Kết quả mô phỏng của hệ số |S11| của 
anten tích hợp thêm phần tử phản xạ 
Hình 5 và 6 biểu diễn kết quả mô phỏng 
tham số |S11| và đồ thị bức xạ 3D của 
anten khi thêm phần tử phản xạ. Kết quả 
mô phỏng cho thấy rằng, anten vẫn cộng 
hưởng tốt ở tần số trung tâm 1,8 GHz, 
băng thông đạt 306 MHz (từ 1667 Mhz 
đến 1973 MHz). Hệ số tăng ích của anten 
được cải thiện, đạt 5,28 dBi tại tần số 1,8 
GHz. Như vậy, bằng cách thêm phần tử 
95.5 mm 
50
.3
 m
m
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
14 Số 23 
phản xạ cho anten, hệ số tăng ích của 
anten đã được cải thiện thêm gần 3 dB. 
Hình 6. Kết quả mô phỏng đồ thị bức xạ 3D 
của anten tại tần số 1,8 GHz khi thêm phần tử 
phản xạ 
4. ANTEN LƯỠNG CỰC ĐIỀU CHỈNH 
TẦN SỐ 
Hình 7. Cấu trúc của anten lưỡng cực tích hợp 
thêm chuyển mạch điôt PIN 
Bảng 3. Kích thước của anten tích hợp 
chuyển mạch (mm) 
Tham số L W g Lb Wb 
Giá trị 40,8 3,6 2,4 32,4 3,6 
Tham số Wsg Lf1 Lf2 Wg L1 
Giá trị 12.5 33 19,8 12.5 31 
Hình 8. Kết quả mô phỏng của hệ số |S11| 
của anten tích hợp chuyển mạch ở hai cấu hình 
(a) 
(b) 
Hình 9. Đồ thị bức xạ 3D của anten 
ở hai cấu hình tần số khác nhau: (a) f= 1,8 GHz, 
(b) f= 2,1 GHz 
Để anten có thể hoạt động thêm ở tần số 
2,4 GHz, hai điôt PIN được tích hợp đối 
L1 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 23 15 
xứng vào hai cánh bức xạ của anten như 
trong hình 7. Bằng cách thay đổi trạng 
thái “bật”, “tắt” của điôt, chiều dài cánh 
bức xạ của anten thay đổi, dẫn đến tần số 
cộng hưởng thay đổi theo. Ở cấu hình thứ 
nhất, khi hai điôt tắt, mỗi bên cánh bức xạ 
có chiều dài L1, khi cả hai điôt bật, mỗi 
cánh bức xạ có chiều dài L. Chiều dài L 
và L1 được tính toán và tối ưu để anten 
cộng hưởng ở tần số trung tâm lần lượt là 
1,8 GHz và 2,1 GHz. Hay nói cách khác, 
ở trạng thái hai điôt bật thì anten cộng 
hưởng ở tần số 1,8 GHz và ở trạng thái cả 
hai điôt tắt thì anten cộng hưởng ở tần số 
2,1 GHz. Các bước tính toán kích thước 
cho anten tương tự như đối với anten 
được trình bày ở mục 2 và chi tiết kích 
thước của anten được trình bày ở bảng 3. 
Tuy nhiên, do anten hoạt động ở hai cấu 
hình tần số nên kích thước của balun được 
dung hòa để anten có thể được phối hợp 
trở kháng ở cả hai tần số. Do đó, phối hợp 
trở kháng cho anten và hiệu suất anten 
không thể tốt bằng so với trường hợp 
anten hoạt động ở băng tần cố định trình 
bày trong mục 2 và 3. Hình 8 trình bày 
kết quả mô phỏng hệ số suy hao phản hồi 
của anten ở cả hai cấu hình. Kết quả mô 
phỏng cho thấy, anten có thể chuyển giữa 
hai cấu hình tần số 1,8 GHz và 2,1 GHz 
với băng thông tính từ 10 dB lần lượt là 
294 MHz và 339 MHz. Hình 9 biểu diễn 
đồ thị bức xạ của anten ở cả hai cấu hình 
tần số 1,8 GHz và 2,1 GHz với hệ số tăng 
ích là 5,35 dBi và 4,39 dBi. Hiệu suất 
anten đạt 94% ở cấu hình 1,8 GHz và 
68% ở cấu hình còn lại. 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo đề xuất một cấu trúc anten lưỡng 
cực có thể điều chỉnh tần số hoạt động. 
Bằng cách tích hợp hai chuyển mạch điôt 
vào phần bức xạ, anten có thể hoạt động ở 
hai dải tần khác nhau với tần số trung tâm 
lần lượt là 1,8 GHz và 2,1 GHz. Mặc dù 
kích thước anten nhỏ gọn nhưng vẫn đạt 
được hệ số tăng ích cao 5, 35 dBi ở tần số 
1,8 GHz và 4,39 dBi ở tần số 2,1 GHz. 
Anten đề xuất có thể ứng dụng cho các 
thiết bị cầm tay để phát tín hiệu có công 
suất lớn ở các dải tần trên. Anten được 
thiết kế trên nền đế điện môi RO5880 và 
được mô phỏng theo phương pháp phần 
tử hữu hạn dựa trên phần mềm CST. 
Anten sẽ tiếp tục được chế tạo và đo đạc 
hệ số suy hao phản hồi, giản đồ bức xạ để 
kiểm chứng với các kết quả mô phỏng. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Constantine A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd a.b. Wiley-Interscience, 2005. 
[2] G. Lovat, P. Burghignoli, F. Capolino, và D. R. Jackson, “Bandwidth analysis of highly-directive 
planar radiators based on partially-reflecting surfaces”, 2006, tr 1–6, doi: 
10.1109/EUCAP.2006.4584719. 
[3] X. Chen, T. M. Grzegorczyk, B.-I. Wu, J. Pacheco, và J. A. Kong, “Robust method to retrieve the 
constitutive effective parameters of metamaterials”, Phys. Rev. E, vol 70, số p.h 1, tr 016608, 
tháng 7 2004, doi: 10.1103/PhysRevE.70.016608. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
16 Số 23 
[4] Haider, N., Caratelli, D., Yarovoy, A.G.: ‘Recent developments in reconfigurable and multiband 
antenna technology’, Int. J. Antennas Propag., 2013, 2013,pp. 1–14 
[5] A. Dey, A. Kiourti, G. Mumcu and J. L. Volakis, "Microfluidically reconfigured frequency tunable 
dipole antenna," 2015 9th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Lisbon, 
2015, pp. 1-2. 
[6] A. E. Zahran, M. A. Abdalla and M. H. A. El-Azeem, "Single/dual band reconfigurable metamaterial 
dipole loaded antenna for wireless applications," 2016 IEEE International Symposium on 
Antennas and Propagation (APSURSI), Fajardo, 2016, pp. 457-458. 
[7] E. Jo et al., "A frequency reconfigurable slot dipole antenna using surface PIN diodes," 2017 
International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), Phuket, 2017, pp. 1-2. 
[8] W. Roberts, “A New Wide-Band Balun”, Proceedings of the IRE, vol 45, số p.h 12, tr 1628–1631, 
1957, doi: 10.1109/JRPROC.1957.278293. 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Phạm Duy Phong tốt nghiệp tại Trường Đại học Giao thông Vận tải ngành 
vô tuyến điện và thông tin liên lạc năm 2000, nhận bằng Thạc sĩ tại Trường Đại 
học Bách khoa Hà Nội ngành điện tử viễn thông năm 2007, nhận bằng Tiến sĩ tại 
Viện Nghiên cứu điện tử, tin học, tự động hóa ngành kỹ thuật viễn thông năm 
2013. Hiện nay, tác giả là Phó Trưởng Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học 
Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: anten và truyền sóng, thông tin vô tuyến, di động; ứng 
dụng điện tử, viễn thông trong điều khiển, giám sát hệ thống điện; tiếp đất, 
chống sét, chống ảnh hưởng của đường dây điện lực sang hệ thống thông tin, 
viễn thông, tín hiệu 
Tác giả Hoàng Thị Phương Thảo nhận bằng Kỹ sư Điện tử viễn thông năm 2004, 
nhận bằng Thạc sĩ Khoa học Điện tử viễn thông năm 2007 và nhận bằng Tiến sĩ 
Kỹ thuật viễn thông năm 2019 tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Hiện nay, 
tác giả là đang giảng dạy tại khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Điện lực 
Lĩnh vực nghiên cứu: siêu vật liệu ứng dụng cho anten, anten tái cấu hình, anten 
thông minh, anten dải sóng millimeter và bộ lọc siêu cao tần ứng dụng cho hệ 
thống thông tin vô tuyến. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 23 17 
 . 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
18 Số 23